Открытый коллектор - Open collector

Простая схема открытого коллектора интегральной схемы (ИС).

An открытый коллектор это распространенный тип вывода, который можно найти на многих интегральные схемы (ИС), который ведет себя как выключатель, который либо заземлен, либо отключен. Вместо вывода сигнала определенного напряжения или тока выходной сигнал подается на базу внутреннего NPN транзистор чей коллектор выведен наружу (открыт) на вывод ИС. Излучатель транзистор подключен внутри к контакту заземления. Если выходным устройством является МОП-транзистор вывод называется открытый сток и он работает аналогичным образом. Например, I²C автобус основан на этой концепции.

Функция

На рисунке база транзистора обозначена как «выход IC». Это сигнал от внутренней логики ИС к транзистору. Этот сигнал управляет переключением транзисторов. Внешний выход - коллектор транзистора; транзистор образует интерфейс между внутренней логикой ИС и частями, внешними по отношению к ИС.

В условных обозначениях компонентов схемы открытый выход обозначается этими символами:[1]

  • ⎐ для вывода с низким Z L или привет-Z ЧАС (или ⎒ с внутренним подтягивающий резистор )
  • ⎏ для вывода, который выводит hi-Z L или низкий Z ЧАС (или ⎑ с внутренним понижающим резистором)

Выход образует либо разомкнутую цепь, либо соединение с землей. Выход обычно состоит из внешнего подтягивающий резистор, который увеличивает выходное напряжение при выключенном транзисторе. Когда транзистор, подключенный к этому резистору, включается, на выходе устанавливается напряжение почти 0 вольт. Выходы с открытым коллектором могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования, ограничения и т.д., но такие приложения здесь не обсуждаются.

А логика с тремя состояниями Устройство не похоже на устройство с открытым коллектором, потому что оно состоит из транзисторов для истока и стока тока в обоих логических состояниях, а также элемента управления для выключения обоих транзисторов и изоляции выхода.

Применение устройств с открытым коллектором

Поскольку подтягивающий резистор является внешним и его не нужно подключать к напряжению питания микросхемы, вместо него можно использовать более низкое или более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы (при условии, что оно не превышает абсолютный максимальный номинал выхода микросхемы). . Поэтому схемы с открытым коллектором иногда используются для сопряжения различных семейств устройств с разными уровнями рабочего напряжения. Транзистор с открытым коллектором может быть рассчитан на то, чтобы выдерживать более высокое напряжение, чем напряжение питания микросхемы. Этот метод обычно используется логическими схемами, работающими при 5 В или ниже, для управления устройствами, такими как двигатели, 12 В. реле, 50 В вакуумные люминесцентные дисплеи, или же Nixie трубы требующие более 100 В.

Еще одно преимущество состоит в том, что к одной линии можно подключить более одного выхода с открытым коллектором. Если все выходы, подключенные к линии, находятся в состоянии высокого импеданса, подтягивающий резистор будет удерживать провод в состоянии высокого напряжения (логическая 1). Если один или несколько выходов устройства находятся в состоянии логического 0 (земля), они потребляют ток и подтягивают линейное напряжение к земле. Этот проводное логическое соединение имеет несколько применений. Устройства с открытым коллектором обычно используются для подключения нескольких устройств к одному. запрос на прерывание сигнал или общая шина, такая как I²C. Это позволяет одному устройству управлять шиной без помех от других неактивных устройств. Если бы устройства с открытым коллектором не использовались, то выходы неактивных устройств пытались бы поддерживать высокое напряжение на шине, что приводило бы к непредсказуемому выходу.

Проводное ИЛИ с активным низким уровнем / проводное И с активным высоким уровнем с использованием вентилей с открытым стоком.

Связывая выход нескольких открытых коллекторов вместе, общая линия становится логическим элементом «соединенное И» (положительная-истинная логика) или проводное ИЛИ (отрицательная-истинная логика). «Проводное И» ведет себя как логическое И двух (или более) вентилей в том смысле, что это будет логическая 1, когда (все) находятся в состоянии высокого импеданса, и 0 в противном случае. «Проводное ИЛИ» ведет себя как логическое ИЛИ для логики «отрицательная-истина», где на выходе низкий уровень, если на любом из его входов низкий уровень.

SCSI -1 устройства используют открытый коллектор для электрической сигнализации.[2] SCSI-2 и SCSI-3 могут использовать EIA-485.

Одной из проблем устройств с открытым коллектором является энергопотребление, поскольку подтягивающий резистор рассеивает мощность всякий раз, когда выходной сигнал понижается, и чем выше желаемая рабочая скорость, тем меньшее значение резистора (т. Е. Более сильное подтягивание) должно быть, в результате повышенный расход. Даже в выключенном состоянии они часто имеют ток утечки в несколько наноампер (точное значение зависит от температуры).

МОП-транзистор

Аналогичное соединение используется с МОП транзисторы соединение с открытым стоком. Выходы с открытым стоком могут быть полезны для аналогового взвешивания, суммирования и ограничения, а также для цифровой логики. Клемма открытого стока соединяется с землей, когда на затвор подается высокое напряжение (логическая 1), но при этом присутствует высокий импеданс когда на затвор подается низкое напряжение (логический 0). Это состояние с высоким импедансом возникает из-за того, что клемма находится под неопределенным напряжением (плавающее), поэтому для такого устройства требуется внешний подтягивающий резистор, подключенный к шине положительного напряжения (логическая 1), чтобы обеспечить логическую 1 в качестве выхода.

Микроэлектронные устройства, использующие сигналы с открытым стоком (например, микроконтроллеры), могут обеспечивать слабое (высокое сопротивление) внутренний подтягивающий резистор для подключения рассматриваемого терминала к положительному источник питания устройства. Такие слабые подтяжки, часто порядка 100 кОм, снижают энергопотребление, удерживая входные сигналы от плавающих сигналов, и могут избежать необходимости во внешнем подтягивающем компоненте. Внешние подтяжки более сильные (меньшее сопротивление, возможно, 3 кОм), чтобы уменьшить время нарастания сигнала (как с I²C ) или минимизировать шум (как в системе ПЕРЕЗАГРУЗИТЬ входы). Внутренние подтягивания обычно можно отключить, если они не нужны.

POD Псевдо открытый сток

В псевдооткрытый сток (POD) драйверы имеют сильную силу натяжения, но более слабую силу натяжения. Для сравнения, драйвер с чистым открытым стоком не имеет силы подтягивания, за исключением тока утечки: все подтягивающее действие осуществляется на внешнем согласующем резисторе. Вот почему здесь должен использоваться термин «псевдо»: на стороне драйвера наблюдается некоторое подтягивание, когда выходной сигнал находится в высоком состоянии, оставшаяся сила подтягивания обеспечивается параллельным завершением приемника на дальнем конце для ВЫСОКОЕ напряжение, часто с использованием переключаемого терминатора на кристалле вместо отдельного резистора. Цель всего этого - снизить общую потребляемую мощность по сравнению с использованием как сильного подтягивания, так и сильного понижения, как в драйверах, таких как HSTL.[3] Память DDR4 использует драйверы POD12, но с той же силой драйвера (34 Ом / 48 Ом) для понижения (RonPd) и подтягивания (RonPu). Термин POD в DDR4 относится только к типу завершения, который является только параллельным подтягиванием без завершения на дальнем конце. Ориентир (VREF) для входа не наполовину, как было в DDR3, а может быть и больше.

Использование Pseudo Open Drain в интерфейсах DDR.

JEDEC стандартизировал POD15,[4] POD125,[5] POD135[6] и POD12[7] для напряжений питания интерфейса 1,5 В, 1,35 В и 1,2 В. Сравнение[8] Схема оконечной нагрузки DDR3 и DDR4 с точки зрения перекоса, апертуры глаза и энергопотребления была опубликована в конце 2011 года.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Обзор объяснения логических символов стандарта IEEE 91-1984» (PDF). Инструменты Техаса. Инструменты Техаса. 1996 г.. Получено 12 февраля, 2020.
  2. ^ «Обзор стандартов и кабелей SCSI». Архивировано из оригинал на 2008-12-10. 081214 scsita.org
  3. ^ Приложение № 6 к JESD8 - High Speed ​​Transceiver Logic (HSTL) - Стандарт интерфейса на основе напряжения питания выходного буфера 1,5 В для цифровых интегральных схем (Август 1995 г.).
  4. ^ POD15 - интерфейс с псевдооткрытым стоком 1,5 В (Октябрь 2009 г.).
  5. ^ Псевдо-открытый дренажный интерфейс (Сентябрь 2017 г.).
  6. ^ POD135 - интерфейс псевдо открытого стока 1,35 В (Март 2018 г.).
  7. ^ POD12 - интерфейс псевдо открытого стока 1,2 В (Август 2011 г.).
  8. ^ Схемы заделки типа заделки псевдооткрытым стоком и центральной вкладкой

внешняя ссылка